Technologie pozyskiwania energii promieniowania słonecznego

Energia promieniowania słonecznego (EPS), na skutek naturalnych procesów dokonujących się w biosferze ulega przekształceniu w inne postaci energii: energię cieplną otoczenia, energię mechaniczną oraz energię chemiczną. Energię w tych postaciach można później przekształcić na odpowiednie formy nośników energii i pożądane postacie energii użytecznej. Możliwa jest również realizacja bezpośredniego przekształcenia EPS do odpowiedniego nośnika energii lub jednej z postaci energii użytecznej. Realizowane jest to w urządzeniach technicznych dokonujących jednej z trzech typów konwersji tj. fotoelektrycznej, nisko i wysokotemperaturowej.
Poniżej zostały omówione te technologie wykorzystywane do przekształcania EPS w energię użyteczną, których rozwój jest aż tak zaawansowany, że istnieją ich komercyjnie zastosowania.



Niskotemperaturowa konwersja fototermiczna



Polega ona na wykorzystaniu energii termicznej, która powstała podczas absorpcji promieniowania słonecznego przez ciała stałe i ciecze. Zasadniczy podział systemów niskotemperaturowych na pasywne i aktywne, przebiega wedle tego, czy do wykorzystania otrzymanej energii konieczne jest doprowadzenie dodatkowej energii z zewnątrz, czy też energia termiczna zostanie przemieszczona/wydzielona we właściwe miejsce dzięki naturalnym procesom wywołanym absorpcją promieniowania słonecznego.
Pasywna metoda wykorzystania energii termicznej uzyskanej na drodze konwersji fototermicznej znalazła zastosowanie przede wszystkim w: systemach grzewczych w budownictwie, przygotowywaniu ciepłej wody użytkowej w kolektorach magazynujących i cieczowych instalacjach termosyfonowych, wentylacji naturalnej i suszarniach słonecznych z wentylacją naturalną.
Przygotowywanie ciepłej wody użytkowej CWU w kolektorach magazynujących i instalacjach termosyfonowych jest możliwe do zastosowania w lepszych niż Polskie warunkach klimatycznych. Instalacje termosyfonowe do właściwego działania wymagają bowiem takiego natężenia promieniowania które w Polsce występuje rzadko. Natomiast kolektorów magazynujących nie można stosować, gdy temperatura obniża się poniżej temperatury zamarzania wody. Wykorzystanie energii promieniowania słonecznego w suszarnictwie jest z kolei najbardziej efektywnym ekonomicznie sposobem wykorzystania energii promieniowania słonecznego.



Konwersja fotowoltaiczna



Jest to najprostszy a jednocześnie bardzo zawansowany sposób przetwarzania energii promieniowania słonecznego. Dokonuje się bowiem bezpośredniego przetworzenia energii z postaci najbardziej pierwotnej – energii promieniowania słonecznego, w postać najbardziej przetworzoną – energię elektryczną, w wyjątkowo prostym pod względem mechanicznym urządzeniu. Układy przetwarzania EPS w oparciu o konwersję fotowoltaiczną charakteryzuje: prostota konstrukcji i działania, brak części ruchomych, mediów, pośrednich etapów przetwarzania, mała awaryjność, prostota obsługi, wysoki jednostkowy koszt mocy zainstalowanej i wyprodukowanej energii.
Działanie ogniw fotowoltaicznych opiera się na efekcie fotowoltaicznym uzyskiwanym w różny sposób w zależności od rodzaju ogniwa, a polegającym na rozdzieleniu par ładunków elektrycznych powstałych po oświetleniu ogniwa fotonami o odpowiedniej energii. Prowadzi to do pojawienia się na zewnętrznych powierzchniach ogniwa różnicy potencjałów, która po zamknięciu obwodu, powoduje przepływ prądu elektrycznego.


Wysokotemperaturowa konwersja fototermiczna


Podstawowym warunkiem uzyskania odpowiednio wysokiej temperatury czynnika roboczego jest zastosowanie kolektora skupiającego – koncentratora promieniowania słonecznego. W układach pozyskiwania EPS stosowane mogą być dwa rodzaje koncentratorów:

  • bezobrazowe CPC (Compound Parabolic Concentrator – złożony koncentrator paraboliczny) skupiające na płaszczyźnie promieniowanie bezpośrednie i rozproszone z pewnego obszaru nieboskłonu i uzyskujące stopień koncentracji wynoszący co najwyżej 10;
  • obrazowe - skupiające promieniowanie bezpośrednie w linii lub punkcie i uzyskujące stopień koncentracji wynoszący do 10000.

Ze względu na uzyskiwane temperatury absorbera, ściśle uzależnione od stopnia koncentracji, za układy wysokotemperaturowe uznaje się tylko te wykorzystujące koncentratory obrazowe. Koncentratory CPC stosowane są jedynie w konwersji niskotemperaturowej w celu poprawienia sprawności kolektorów przy niekorzystnych warunkach, tzn. w warunkach niskiego nasłonecznienia i dużego udziału promieniowania rozproszonego oraz w warunkach niskiej temperatury otoczenia.


Systemy energetyczne realizujące wysokotemperaturową konwersję fototermiczną musza być wyposażone co najmniej w:

  • koncentrator promieniowania słonecznego – refraktor lub reflektor – kierujący promieniowanie słoneczne na;
  • odbiornik wyposażony w absorber, na którym skoncentrowane promieniowanie słoneczne zamieniane jest na energię termiczną;
  • heliostat naprowadzający układ optyczny na Słońce tak, aby odbiornik przez cały czas pracy układu był oświetlany skoncentrowanym promieniowaniem słonecznym.


Warunkiem niezbędnym efektywnego działania tych systemów jest roczne nasłonecznienie bezpośrednie mierzone w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku promieniowania przekraczające 7 GJ/m2. W Polsce warunek ten nie jest spełniony. Nawet w miejscach posiadających najlepsze warunki nasłonecznienia nasłonecznienie bezpośrednie nie przekracza średniorocznie 30 % tej wartości, co z punktu widzenia zastosowań energetyki solarnej dyskwalifikuje tę technologię całkowicie.

Zastosowanie koncentratorów CPC, które skupiają zarówno promieniowanie bezpośrednie jak i promieniowanie rozproszone, ze względu na niski stopień koncentracji, nie pozwala na uzyskanie poziomu temperatury zapewniającego sprawność obiegu porównywalną ze sprawnością ogniw fotowoltaicznych, przy znacznie większej komplikacji technologicznej instalacji. Pozostawia to poprzedni wniosek aktualnym.



Źródło:

  1. Szewczyk M., Żmuda L., Analiza dostępnych na rynku technologii z zakresu energetyki słonecznej.
Kategoria: Technologia  | Artykuł ostatnio edytowany: 15.07.2011 12:40 przez admin
<< Poprzedni Listopad 2017 Następny >>
PoWtŚrCzPtSoNd
  
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30